一種脈沖超聲和水力空化耦合協(xié)同活化制備高鐵酸鹽的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種水處理劑的制備的方法，可用于高效水處理劑高鐵酸鹽的制備，屬于環(huán)?！炯夹g領域】。本方法是先充分攪拌的條件下，將鐵鹽溶液加入強堿性溶液中，生成氫氧化鐵。然后再在充分攪拌的條件下，先加入適量穩(wěn)定劑，后加入次氯酸鹽溶液，再加入強堿固體粉末使其溶解至飽和，繼而將反應物料通過脈沖超聲和水力空化耦合反應器進行空化處理，讓Fe(OH)3被充分氧化，生成高鐵酸鹽產品。再將溶液冷卻，固液分離，將固相中的高鐵酸鹽進行純化，得到高鐵酸鹽產品，液相的堿液回收并回。本方法具有低成本、高產率、產品純度高、設備投資小等特點，很適合于高鐵酸鹽的制備。
【專利說明】一種脈沖超聲和水力空化耦合協(xié)同活化制備高鐵酸鹽的方法
【【技術領域】】
[0001]本發(fā)明涉及一種水處理劑的制備的方法，可用于高效水處理劑高鐵酸鹽的制備，屬于環(huán)?！炯夹g領域】。
【【背景技術】】
[0002]高鐵酸鹽是指含有Fe(VI)O4酸根與金屬離子組成的鹽類，其具備很強的氧化性，它的氧化還原電位在酸性條件下為2.20V，在堿性條件下為0.72V，比KMn04、O3> Cl2等這些比較常用到的氧化劑還要強。作為一種非氯的新型高效飲水消毒劑和水處理劑，其可去除傳統(tǒng)的水處理劑很難徹底去除有害的氯代污染物，尤其是對酚和硫化物有明顯的氧化去除效果，還可以安全有效地氧化水中的CN_。除了具有極強的氧化性外，反應后生成具有高度吸附活性的Fe3+，可以在很寬的pH值范圍內吸附絮凝大部分離子、有機物和懸浮物。高鐵酸鉀集氧化、殺菌、吸附、絮凝、助凝、脫色、除臭等多功能于一體，且最終產物是無毒的三價鐵離子，不會產生誘導基因突變和致癌的作用，是環(huán)境友好的處理劑。高鐵酸鹽不但可以作為水處理劑，而且還在電極活性材料、石油化工催化劑等方面有很多應用，因此，研究高鐵酸鹽的制備方法已經成為一個重要的課題。
[0003]現(xiàn)有的高鐵酸鹽的制備方法主要有高溫過氧化物氧化法、電解法和次氯酸鹽法三種。高溫過氧化物氧化法是將具有氧化性的金屬氧化物與鐵、鐵鹽或者鐵的氧化物在高溫加熱條件下反應生成高鐵酸鹽方法，該法需嚴格控制操作條件、生產成本高、比較危險且自難于實現(xiàn)，目前很少采用。電解法是在鐵陽極上發(fā)生氧化反應.使鐵或鐵離子氧化成高鐵酸根的方法，此法存在能源耗高、副產品較多等問題有待解決。次氯酸鹽法是在強堿性溶液環(huán)境中，以飽和次氯酸鹽溶液和鐵鹽為原料，通過次氯酸鹽對鐵的氧化反應生成高鐵酸鹽的方法，該法生產工藝成熟，設備投資較少，容易實現(xiàn)，是一種常用的制備方法，但由于其氧化過程效率較低，需要加入過量的氧化劑，這不但增加的成本，加快了設備腐蝕，而且還加大了的產品提純過程的難度。因此，強化其氧化過程，提升其氧化效率，是降低次氯酸鹽法制備聞鐵酸鹽的成本、提聞廣品品質的一個重要途徑。
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【發(fā)明內容】
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[0004]本發(fā)明的目的就是通過脈沖超聲和水力空化耦合強化次氯酸鹽的氧化過程，提高氧化效率，有效解決上述的堿次氯酸鹽法的缺陷?，F(xiàn)有的次氯酸鹽法是將次氯酸鹽和鐵鹽加入強堿性溶液中，鐵鹽先生成氫氧化鐵沉淀，然后再被次氯酸鹽氧化。其化學反應為:
[0005]Fe3++30r -- Fe (OH) 3 I
[0006]2Fe (OH) 3+3010>40H- = 2Fe042>5H20+3Cr
[0007]由于氧化反應發(fā)生在氫氧化鐵固體表面，這種液固相反應過程很容易由于液固相傳質過程的限制、固相反應表面被鈍化等原受到阻礙，使反應效率降低。
[0008]此時如果將物料通過脈沖超聲和水力空化耦合反應器進行空化處理，由于脈沖超聲和水力空化的耦合可以產生高強度的空化作用，這種空化作用可以產生局部的高速微噴射流，氫氧化鐵固體表面在這種高速微噴射流的沖擊下發(fā)生活化，在這種活化的固體表面上，固液相的氧化反應過程被加速，另一方面，微噴射流還加速了固液相反應的傳質過程，因此，不管是反應控制還是擴散控制的固液相氧化過程，在空化作用下，其反應都被加速，反應效率得到提聞。
[0009]因此本方法可分為如下步驟:
[0010]1、在充分攪拌的條件下，將鐵鹽溶液加入強堿性溶液中，生成氫氧化鐵。
[0011]2、在充分攪拌的條件下，先加入適量穩(wěn)定劑，再加入次氯酸鹽溶液，最后補充強堿固體粉末使其溶解至飽和。
[0012]3、將反應物料通過脈沖超聲和水力空化耦合空化反應器進行空化處理，讓Fe (OH) 3被充分氧化，生成高鐵酸鹽產品。
[0013]4、冷卻，固液分離，將固相中生成的高鐵酸鹽進行純化，得到高鐵酸鹽產品，液相的堿液回收并回用。
[0014]本方法具有低成本、高產率、產品純度高、設備投資小等特點，很適合于高鐵酸鹽的制備。
【【具體實施方式】】
[0015]用下列非限定性實施例進一步說明本發(fā)明的【具體實施方式】和效果:
[0016]實施例1
[0017]1、在1000升的反應釜中，加入飽和氫氧化鉀溶液120升，充分攪拌的條件下，逐漸加入45%的三氯化鐵溶液60升，再充分攪拌半小時。
[0018]2、在充分攪拌的條件下，先加入50%的氯化銅溶液5升，再加入10% (有效氯)的次氯酸鉀3、溶液200升，最后加入粒度小于600目的氫氧化鉀粉末300公斤，再攪拌半小時。
[0019]3、將反應物料反復輸入脈沖超聲和水力空化耦合空化反應器進行空化處理，控制漿料在空化反應器內的累積處理時間達到一個小時?？栈幚硗瓿珊?，溶液呈透明。脈沖超聲和水力空化耦合空化處理裝置及工藝條件如下:
[0020]水力空化機構采用兩個前后相繼的多孔板，第一個多孔板孔徑3.0mm，板厚12mm，孔面積與空化反應器管道橫截面積之比0.085，第二個多孔板孔徑2.5mm，板厚10mm，孔面積與空化反應器管道橫截面積之比0.125，兩個多孔板的距離同空化反應器管道橫截面積之比2.5，空化反應器進口物料壓力為0.80Mpa,出口壓力為0.15Mpa.[0021]空化反應器中采用兩個分別位于兩個多孔板下游探頭式超聲波發(fā)生器作為超聲波發(fā)生源，第一個探頭距第一個多孔板距離為10mm，超聲波功率同空化反應器管道橫截面積之比1.5w/cm2，頻率60kH，脈沖周期200ms，占空比為0.05。第二個探頭距第二個多孔板距離為15mm，超聲波功率同空化反應器管道橫截面積之比2.0w/cm2，頻率IOOkH,脈沖周期150ms,占空比為0.03。
[0022]4、冷卻溶液至O °C，離心得到固相為高鐵酸鉀粗產品，液相堿液回收并重復使用。粗產品用飽和氫氧化鉀溶液洗滌5次，洗滌液冷卻，可也得到高鐵酸鉀固體。將洗滌后及洗滌液冷卻得到的高鐵酸鉀固體依次用甲醇、乙醚洗滌，抽濾、干燥后可得到純高鐵酸鉀產品O
[0023]按照上述步驟制備高鐵酸鉀，收率達到96.8%，產品純度達到98.7%。
[0024]實施例2
[0025]1、在1000升的反應釜中，加入飽和氫氧化鈉溶液120升，在聲頻為22kHz、功率為1.2kw的超聲波輻射、充分攪拌的條件下，逐漸加入飽和的硝酸鐵溶液100升，再充分攪拌40分鐘。
[0026]2、在充分攪拌的條件下，先加入15%的硅酸鈉溶液15升，再加入10% (有效氯)的次氯酸鈉溶液150升，最后加入粒度小于600目的氫氧化鈉粉末300公斤，再攪拌半小時。
[0027]3、將反應物料反復輸入脈沖超聲和水力空化耦合空化反應器進行空化處理，控制漿料在空化反應器內的累積處理時間達到一個半小時?？栈幚硗瓿珊?，溶液呈透明。脈沖超聲和水力空化耦合空化處理裝置及工藝條件如下:
[0028]水力空化機構采用兩個前后相繼的多孔板，第一個多孔板孔徑3.0mm，板厚12mm，孔面積與空化反應器管道橫截面積之比0.080，第一個多孔板孔徑2.5mm，板厚10mm，孔面積與空化反應器管道橫截面積之比0.12，兩個多孔板的距離同空化反應器管道橫截面積之比2，空化反應器進口物料壓力為0.85Mpa，出口壓力為0.15Mpa.[0029]空化反應器中采用兩個分別位于兩個多孔板下游探頭式超聲波發(fā)生器作為超聲波發(fā)生源，第一個探頭距第一個多孔板距離為10mm，超聲波功率同空化反應器管道橫截面積之比2w/cm2，頻率60kH，脈沖周期100ms，占空比為0.05。第二個探頭距第二個多孔板距離為15mm，超聲波功率同空化反應器管道橫截面積之比2.5w/cm2，頻率IOOkH,脈沖周期150ms,占空比為0.03。
[0030]4、冷卻溶液至0°C，離`心得到高鐵酸鈉粗產品，再用飽和氫氧化鈉溶液洗滌5次，洗滌液冷卻，可得到高鐵酸鈉固體。將洗滌后及洗滌液冷卻得到的高鐵酸鈉固體依次用甲醇、乙醚洗滌，抽濾干燥后可得到純高鐵酸鈉產品。
[0031]按照上述步驟制備高鐵酸鈉，收率達到96.3%，產品純度達到98.5%。
[0032]實施例3
[0033]1、在1000升的反應釜中，加入飽和氫氧化鉀溶液100升，在聲頻為25kHz、功率為
1.5kw的超聲波輻射、充分攪拌的條件下，逐漸加入飽和的硝酸鐵溶液100升，再充分攪拌半小時。
[0034]2、在充分攪拌的條件下，依次加入15%的硅酸鈉溶液5升，50的氯化銅溶液2升，10% (有效氯)的次氯酸鈉溶液200升，最后加入粒度小于600目的氫氧化鉀粉末350公斤，再攪拌半小時。
[0035]3、將反應物料反復輸入脈沖超聲和水力空化耦合空化反應器進行空化處理，控制漿料在空化反應器內的累積處理時間達到兩個小時?？栈幚硗瓿珊?，溶液呈透明。脈沖超聲和水力空化耦合空化處理裝置及工藝條件如下:
[0036]水力空化機構采用兩個前后相繼的多孔板，第一個多孔板孔徑3.0mm，板厚12mm，孔面積與空化反應器管道橫截面積之比0.085，第二個多孔板孔徑2.5mm，板厚10mm，孔面積與空化反應器管道橫截面積之比0.125，兩個多孔板的距離同空化反應器管道橫截面積之比2，空化反應器進口物料壓力為0.75Mpa，出口壓力為0.15Mpa.[0037]空化反應器中采用兩個分別位于兩個多孔板下游探頭式超聲波發(fā)生器作為超聲波發(fā)生源，第一個探頭距第一個多孔板距離為10mm，超聲波功率同空化反應器管道橫截面積之比1.5w/cm2，頻率40kH，脈沖周期200ms，占空比為0.1。第二個探頭距第二個多孔板距離為15mm，超聲波功率同空化反應器管道橫截面積之比2.0w/cm2，頻率60kH，脈沖周期150ms,占空比為0.08。
[0038]4、冷卻溶液至0°C，離心得到高鐵酸鉀粗產品，再用飽和氫氧化鉀溶液洗滌5次，洗滌液冷卻，可得到高鐵酸鉀固體。將洗滌后及洗滌液冷卻得到的高鐵酸鉀固體依次用甲醇、乙醚洗滌，抽濾干燥后可得到純高鐵酸鉀產品。
[0039]按照上述步驟制備高鐵酸鉀，收率達到95.6%，產品純度達到98.2%。
[0040]以上所述的實施例僅表達了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，不能理解為對本發(fā)明專利范圍的限制，因此本發(fā)明并不限于此具體的工藝流程。本領域技術人員根據本發(fā)明的技術方案和構思，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。所以，凡根據本發(fā)明權利要求范圍得出 的其他實施方式，均應屬于本發(fā)明涵蓋的范圍。
【權利要求】
1.一種脈沖超聲和水力空化耦合協(xié)同活化制備高鐵酸鹽的方法，其特征在于包含如下步驟: (1)、在充分攪拌的條件下，將鐵鹽溶液加入強堿性溶液中，生成氫氧化鐵。 (2)、在充分攪拌的條件下，先加入適量穩(wěn)定劑，再加入次氯酸鹽溶液，最后補充強堿固體粉末使其溶解至飽和。 (3)將反應物料通過脈沖超聲和水力空化耦合反應器進行空化處理，讓Fe(OH) 3被充分氧化，生成聞鐵酸鹽廣品。 (4)、冷卻，固液分離，將固相中生成的高鐵酸鹽進行純化，得到高鐵酸鹽產品，液相的堿液回收并回用。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述的脈沖超聲波發(fā)生源置于水力空化機構下游，水力 空化機構為孔板裝置，脈沖超聲波發(fā)生源為鈦制探頭。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述強堿為氫氧化鉀或氫氧化鈉中的一種。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述第(I)步的鐵鹽為氯化鐵或硝酸鐵中的一種。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述第(2)步的次氯酸鹽為次氯酸鈉或次氯酸鉀中的一種。
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述第⑵步的穩(wěn)定劑為氯化銅、硅酸鈉中的一種或或其混合物。
【文檔編號】C01G49/00GK103449529SQ201310354235
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月9日 優(yōu)先權日:2013年8月9日
【發(fā)明者】謝逢春, 何溪 申請人:華南理工大學, 惠州大亞灣惠綠環(huán)保服務有限公司